一种预镀镍电池壳材料的轧制工艺的制作方法

本发明涉及电池壳材料，具体是一种预镀镍电池壳材料的轧制工艺。

背景技术：

1、预镀镍电池壳材料对电池的安全性能和存储电能性能具有重要作用。预镀镍工艺通过在钢带表面预先电沉积镍层，再冲压成型制成电池壳，可获得镀层均匀可控、耐蚀性好的产品，已成为高端电池壳的主流制备方法。

2、然而，现有预镀镍电池壳材料的制备仍存在以下不足：1、轧制工艺中，镍镀层与轧辊直接接触，摩擦系数大，容易造成镀层表面划伤和微裂纹；2、现有预镀镍钢带的镍层为单一均匀结构，单一结构的镍层无法兼顾与基体的界面结合、表面耐磨性的双重需求，难以实现综合性能的优化；3、现有平整轧制工艺中，润滑油在高压下易被挤出变形区，难以在轧辊与镀层之间形成稳定的润滑膜；在润滑油中添加固体润滑剂虽可增强承载能力，但固体润滑剂在润滑油中分散稳定性差、易团聚沉淀，难以实现长效稳定的悬浮分散。

3、综上，为解决上述问题，本发明提出了一种预镀镍电池壳材料的轧制工艺。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种预镀镍电池壳材料的轧制工艺，以解决现有技术中提出的问题。

2、为达成上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种预镀镍电池壳材料的轧制工艺，包括以下步骤：

4、（1）以镍块为阳极、钢带为阴极，在电镀液中进行电沉积，钢带表面形成镍层，取出钢带，进行热处理，制备得到预镀镍钢带；

5、（2）以镍块为阳极、预镀镍钢带为阴极，在石墨烯镀液中进行脉冲电沉积，在镍层表面形成石墨烯浓度由内向外呈梯度递增的石墨烯-镍复合镀层，制备得到复合钢带；

6、（3）在复合钢带表面涂覆润滑剂，然后进行轧制，制备得到预镀镍电池壳材料。

7、进一步地，步骤（3）中，所述润滑剂的涂覆量为0.5~2g/m2；

8、所述润滑剂包括以下组分：按质量百分比计，2.5~3%甘油、2.5~3%二烷基二硫代氨基甲酸钼、0.15~0.2%油酸修饰的石墨烯材料、1.5~1.8%三乙醇胺、0.3~0.35%十二烷基苯磺酸钠、0.05~0.1%消泡剂，余量为去离子水。

9、进一步地，所述油酸修饰的石墨烯材料由以下工艺制得：

10、步骤1：将氧化石墨烯分散于去离子水中，配制得到氧化石墨烯分散液，加入异丙醇铝，然后调ph至8~8.5，在200~220℃反应10~12h，进行离心、洗涤、冷冻干燥、热处理，得到还原氧化石墨烯-氧化铝复合材料；

11、步骤2：将还原氧化石墨烯-氧化铝复合材料分散于环己烷中，超声分散后，加入油酸，70~80℃回流反应5~6h，反应结束后，收集沉淀，进行洗涤、干燥，得到油酸修饰的石墨烯材料。

12、进一步地，步骤1中，所述氧化石墨烯分散液的质量浓度为0.2~0.3%；

13、所述氧化石墨烯、异丙醇铝的质量比为1:（1.8~2）；

14、所述热处理的工艺条件为：温度500~520℃、时间4~6h。

15、进一步地，所述还原氧化石墨烯-氧化铝复合材料、环己烷、油酸的质量比为1:（30~40）:（0.6~0.7）。

16、进一步地，步骤（2）中，所述石墨烯镀液的配方为：180~200g/l的硫酸镍、30~35g/l的氯化镍、30~35g/l的硼酸、1.5~2g/l的离子液体修饰的石墨烯、1~3g/l的十二烷基磺酸钠。

17、进一步地，所述离子液体修饰的石墨烯由以下工艺制得：将石墨烯和离子液体n-丁基吡啶四氟硼酸盐溶于去离子水中，以800~1000r/min的搅拌转速搅拌60~80min，然后进行超声分散，在60~80℃下干燥10~12h，制备得到离子液体修饰的石墨烯。

18、进一步地，所述石墨烯、离子液体n-丁基吡啶四氟硼酸盐、去离子水的质量比为（1.5~2）:（0.5~1）:（400~500）。

19、进一步地，所述脉冲电沉积的工艺条件为：

20、第一阶段：脉冲频率50~60hz，占空比70~80%，电流密度6~8a/dm2，沉积13~15min；

21、第二阶段：脉冲频率50~60hz，占空比50~60%，电流密度6~8a/dm2，沉积18~20min；

22、第三阶段：脉冲频率50~60hz，占空比30~40%，电流密度6~8a/dm2，沉积25~30min。

23、进一步地，步骤（3）中，所述轧制的工艺条件为：压下率为2～6%，轧制温度为室温，速度为40～60m/min。

24、进一步地，步骤（1）中，所述电镀液的配方为：180~200g/l的硫酸镍、30~35g/l的氯化镍、30~35g/l的硼酸；

25、所述电沉积的工艺条件为：温度40~50℃、电流密度4~6a/dm2、时间4~5min；

26、所述热处理的工艺条件为：在氮气气氛保护、500~600℃下，热处理2~3h，然后在氮气气氛保护下，随炉冷却至室温。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

28、1、本发明通过离子液体n-丁基吡啶四氟硼酸盐对石墨烯进行改性，离子液体能够实现石墨烯的一步剥离和电荷功能化，获得稳定带正电荷的石墨烯，从根本上解决了石墨烯在电镀液中的团聚问题；离子液体修饰的石墨烯在电场作用下向阴极定向迁移，作为固体润滑剂均匀分布于镍基体中，离子液体修饰的石墨烯在摩擦界面通过层间滑移降低剪切阻力，在轧制过程中持续发挥自润滑效应，有效减少轧辊与钢带之间的摩擦，防止镀层表面划伤和微裂纹产生；本发明通过采用脉冲电沉积，通过分阶段降低占空比，利用占空比降低时关断时间延长、石墨烯片层更易嵌入复合镀层的机理，实现石墨烯嵌入量和晶粒尺寸均由底层至表层沿厚度方向逐渐递增的梯度分布；底层石墨烯含量低、晶粒细小，与预镀镍层晶格匹配度高、界面应力小、结合力强；表层石墨烯含量高，赋予镀层优异的自润滑性、高硬度和耐蚀性；过渡层实现性能的平滑过渡，消除层间应力突变；同时，脉冲电沉积特有的周期性关断时间有效抑制了阴极表面浓差极化、细化了晶粒组织、减轻了析氢副反应，使各层镀层结构更加致密均匀；本发明梯度渐变的结构消除了层间性能突变和应力集中，使镀层在厚度方向上实现内强结合、外强功能的协同优化。

29、2、本发明油酸修饰的石墨烯材料通过水热反应制备得到还原氧化石墨烯-氧化铝复合材料，然后通过非共价吸附将油酸分子吸附至还原氧化石墨烯-氧化铝复合材料表面，制得油酸修饰的石墨烯材料；油酸分子的长链烷基向外伸展形成空间位阻效应，有效防止石墨烯片层重新堆叠和团聚，使油酸修饰的石墨烯材料在润滑剂中实现均匀稳定的分散；在润滑机理方面，还原氧化石墨烯通过层间滑移承担剪切应力，氧化铝在摩擦时充当纳米滚珠将部分滑动摩擦转化为滚动摩擦，两者协同显著降低摩擦阻力。

30、3、本发明石墨烯-镍复合镀层表层的高浓度石墨烯赋予镀层自润滑功能，在轧制和后续制备电池壳的冲压成型过程中，镀层自身即可发挥减摩作用；在轧制过程中，润滑剂中的油酸修饰的石墨烯材料，由于层状石墨烯结构的易于层间滑移、其在表面形成摩擦膜的能力以及其填充微孔的能力，降低了摩擦系数，从而改善了复合钢带的表面形貌；氧化铝通过将部分滑动摩擦转化为滚动摩擦，同时利用其高硬度对复合钢带表面微凸起进行抛光整平；两者协同在摩擦界面诱导形成一层连续致密的润滑膜，有效隔离轧辊与复合钢带表面的直接接触，避免镀层表面划伤和微裂纹的产生。